Slim laden van elektrische auto’s met een dynamisch prijsmechanisme kan een belangrijke rol spelen om overbelasting van het elektriciteitsnet te voorkomen. Marieke van Amstel van ElaadNL en Enexis Netbeheer ontwierp voor haar PDEng aan de Universiteit Twente een model voor het flexibiliseren van vraag en aanbod aan energie. Daarmee wordt de grootste kans op overbelasting van het elektriciteitsnet weggenomen. Wel hebben netbeheerders de mogelijkheid nodig om in te kunnen grijpen en auto’s minder te laten laden als overbelasting dreigt.
Marieke van Amstel verdedigt vandaag in Arnhem haar thesis (Professional doctorate in Engineering) ‘Flexibility system design for electric vehicles. Performing congestion management for the DSO’. Zij maakte een systeemontwerp voor flexibiliteit in het elektriciteitsnetwerk voor netbeheerder Enexis en ElaadNL, het kennis- en innovatiecentrum voor het slim laden van elektrische auto’s. Het ontwerp baseert ze op een analyse van hoe verschillende manieren van slim laden (of Smart Charging) uitpakken voor de belasting van het elektriciteitsnet. Zij doet dit aan de hand van een computersimulatie van een wijk in ’s-Hertogenbosch.
Varianten in Smart Charging onderzocht
Er zijn verschillende varianten van Smart Charging. Zo kunnen prijsprikkels een rol spelen. Er is al een energiemarkt die het aantrekkelijk maakt om te laden op momenten dat de prijzen laag zijn. En er worden experimenten gedaan waarbij marktpartijen betaald worden voor de flexibiliteit die ze bieden in de stroomvraag. In andere Smart Charging proeven wordt het beheer van de laadpalen zo aangepast dat deze tijdens de piekuren minder stroom leveren en daarbuiten juist meer. Ook wordt er gekeken naar het scenario waarin de netbeheerder een direct stuursignaal stuurt waardoor elektrische auto’s minder gaan laden bij dreigende overbelasting van het lokale elektriciteitsnet. In het onderzoek zijn negen scenario’s vergeleken in een agent-based simulatiemodel voor een wijk in ’s-Hertogenbosch met veel verschillende woningtypes en laadmogelijkheden. In de simulatie is uitgegaan van de energiemix die verwacht wordt in het jaar 2030 en heeft 80 procent van alle woningen een elektrische auto.
Slim laden met dynamische profielen leidt tot afname piekbelasting
De simulatie laat onder andere zien dat Smart Charging met statische profielen niet aan te bevelen is. Als je bijvoorbeeld auto’s niet laat laden tussen 17.00 en 19.00 uur om de piek te ontlasten, ontstaat een nieuwe en zelfs grotere piek aan het einde van die periode. Om 19.00 gaan dan alle auto’s die voor zeven uur zijn ingeplugd, tegelijk laden. Dynamische profielen – bijvoorbeeld op basis van een markt – leiden wel tot reductie van de piekbelasting.
Wel wil Van Amstel een besturingsmechanisme voor de netbeheerder toevoegen om overbelasting te voorkomen. Dat zou kunnen in de vorm van een flexibel capaciteitscontract. Het capaciteitscontract geeft de regionale netbeheerder de mogelijkheid om capaciteitsbeperkingen toe te passen wanneer overbelasting dreigt. Dit gebeurt door een signaal te sturen naar flexibele apparaten zoals laadpalen voor elektrische auto’s, die dan tijdelijk minder stroom gebruiken. De simulatie geeft aan dat dit ingrijpen slechts incidenteel nodig is, mits de markt voldoende functioneert.
Kansen en uitdagingen voor het elektriciteitsnet
De opkomst van elektrische voertuigen kan zowel een uitdaging als een kans betekenen voor het beheer van het stroomnet. Als veel auto’s in een wijk tegelijk gaan laden kan dit in de toekomst leiden tot een (te) hoge belasting van het net. De piekvraag van een moderne elektrische auto is te vergelijken met die van tien huishoudens. Met Smart Charging wordt dit probleem opgelost en daarmee het net efficiënter gebruikt. Door de inzet van slimme technieken, laden auto’s dan vooral buiten de pieken. Elektrische auto’s kunnen ook zorgen ook voor flexibiliteit in de vraag naar stroom en zo meer zon en wind op het net mogelijk maken. Waar traditioneel het aanbod aangepast wordt op de vraag (centrales meer stroom laten produceren als er een piekvraag is) kan nu ook de vraag op het aanbod aangepast worden. Dat is gunstig voor een energiesysteem met steeds meer stroom uit duurzame bronnen. Elektrische auto’s kunnen met Smart Charging juist op die momenten dat er veel stroom uit zon of wind is meer gaan laden.
Download de volledige studie ‘Flexibility system design for electric vehicles. Performing congestion management for the DSO’
Voorbeelden uit de studie: In de eerste grafiek zijn duidelijk de gevolgen van piekbelasting te zien wanneer er zonder controle of flexibiliteit wordt geladen. De tweede grafiek laat een meer gebalanceerd beeld zien van de belasting van het netwerk wanneer de vraag gestuurd wordt. (klik op de grafiek voor volledige weergave).